气候变化对丹顶鹤秋季迁徙路线潜在生境适宜性的影响

目前全球变暖趋势的加剧对丹顶鹤等大型濒危水禽的栖息地造成了严重的威胁。由于监测方法和技术手段的限制,丹顶鹤在迁徙路线上潜在生境的分布范围尚不清楚,气候变化对丹顶鹤迁徙路线生境适宜性的影响机理有待进一步研究。基于138个丹顶鹤样本分布信息和19种环境变量数据,利用 BIOMOD2 软件包构建了丹顶鹤潜在生境评价的组合模型,对丹顶鹤在亚洲东部秋季迁徙路线上的生境适宜性进行数值模拟,并预测SSP1.2-6气候背景下2021-2040年、2041-2060年、2061-2080年、2081-2100年四个不同阶段的丹顶鹤潜在生境范围的变化趋势。研究结果表明:与单模型的模拟结果相比,集成9种单模型的BIOMOD2组合模型预测精度更高。集成模型的重要性分析表明,气温日较差是丹顶鹤生境适宜性变化的最重要的影响因子。受气候变化的影响2021-2040年、2041-2060年、2061-2080年、2081-2100年丹顶鹤潜在生境的面积将分别减少到2.60×10⁵km²、2.58×10⁵km²、2.75×10⁵km²、2.56×10⁵km²,迁徙路线上胶东半岛和环渤海地区适栖生境面积减少的最为显著。本研究对于迁徙路线上珍稀水禽潜在适宜生境的模拟及全球变化背景下珍稀水禽栖息地的保育和修复具有重要意义。     

基于物种分布模型评价土壤因子对我国毛竹潜在分布的影响

基于单类别支持向量机方法的物种分布模型, 利用政府间气候变化专门委员会(IPCC)气候情景模式和联合国粮食与农业组织(FAO)的全球土壤数据, 模拟1981-2099年我国毛竹(Phyllostachys edulis)的潜在空间分布及变化趋势, 比较考虑土壤因子前后模拟结果的差异, 旨在探究土壤因子对毛竹潜在空间分布模拟结果的影响。结果表明, 仅以气候因子为模拟变量和同时考虑气候与土壤因子为模拟变量的毛竹潜在空间分布模拟均具有较高精度, 毛竹潜在分布区表现为面积增加并向北扩张。模拟因子重要性分析表明表征温暖程度的气候因子在毛竹潜在分布模拟中起主导作用, 而表征土壤质地和酸碱性的土壤因子以限制性作用为主。同时考虑气候与土壤因子的模拟结果具有较高的模拟效率, 且在未来气候变化情景模式下毛竹潜在分布区面积增幅与向北迁移幅度均小于仅使用气候因子的模拟, 表明土壤要素对毛竹潜在分布具有明显的限制作用, 该结果对现在的毛竹潜在分布模拟研究具有重要的补充作用。     

气候变化对5种植物分布的潜在影响

利用CART(分类和回归树Classification and regression tree)模型,采用A2和B2气候情景,模拟分析了气候变化对观光木(Tsoongiodendron odorum)、鹅掌楸(Liriodendron chinense)、独叶草(Kingdonia uniflora)、草苁蓉(Boschniakia rossica)和刺五加(Acanthopanax senticosus)分布范围及空间格局的影响。结果表明:与目前适宜分布范围相比,气候发生变化后,观光木的分布范围变化不大,其它植物则缩小;观光木的新适宜与总适宜分布范围扩大,而其它植物缩小;草丛蓉和刺五加的目前适宜、新适宜及总适宜分布范围缩小幅度较大,鹅掌楸和独叶草次之;观光木和鹅掌楸向目前适宜分布区北部区域扩展,独叶草向西南区域扩展,草丛蓉和刺五加的适宜范围在2081～2100年会散失。气候变化下,这些植物的适宜分布范围随年降水量和年均气温的变化不一致,观光木的目前适宜、独叶草的新适宜及总适宜分布范围与年降水量和年均气温,以及草苁蓉的分布范围与降水量的相关性不显著(P0.05)。这些植物的空间分布格局将随气候变化而发生变化。     

气候变化对东北沼泽湿地潜在分布的影响

东北地区是我国沼泽湿地分布最广泛的地区。为研究沼泽湿地对气候变化的响应,选取了对沼泽湿地分布可能存在影响的26个环境因子,利用最大熵(Maximum Entropy, MaxEnt)模型模拟了沼泽湿地基准气候条件下的潜在分布,并预测了气候变化情景下2011-2040 年、2041-2070 年和2071-2100 年3个研究阶段东北沼泽湿地潜在分布。研究结果表明:最大熵模型预测精度较高(平均AUC(Aera Under Curve)为(0.826±0.005))。基准气候条件下东北沼泽潜在分布区主要为大小兴安岭和三江平原地区。随着时间的推进,东北地区沼泽湿地原有潜在分布面积明显减少,而新增潜在分布面积较少,总面积呈现急剧减少趋势。至2071-2100年,原有沼泽湿地潜在分布面积将减少99.80%,新增潜在分布面积仅2.48%,总潜在分布面积减少97.32%。空间分布上,东北沼泽湿地潜在分布呈现由东向西迁移,南北向中心收缩的趋势。研究结果可为东北地区沼泽湿地保护政策的制定提供参考。     

用组合模型综合比较的方法分析气候变化对朱鹮潜在生境的影响

气候变化的不确定性和物种与环境关系的不确定性使气候变化生物学的研究充满变数。为了降低不确定性,人们开始用组合模型综合比较的方法研究物种对气候变化的响应。以朱鹮(Nipponia nippon)为研究对象,介绍组合模型综合比较方法的特点。朱鹮曾经高度濒危,目前种群大小在迅速恢复中;然而其分布区依旧狭小,气候变化可能是朱鹮面临的新威胁。应用BIOMOD模型中的9种模型,选择了每年的最低温和最高温、温度的季节性变异、每年的总降水量和降水的季节性变异共5个气候因子,依据WorldClim气候数据的CGCM2气候模型的A2a排放情形,计算了朱鹮当前(1950—2000年)的适宜生境和2020年、2050年、2080年3个阶段的潜在生境范围。结果表明朱鹮潜在生境将逐渐北移,生境中心脱离现在的保护区。因此,制定朱鹮的长期保护策略是必要的。9个模型在预测结果上、变量权重上和拟合优度的指标上都有差异,反映了模型本身的不确定性。气候变化的生物学效应比较复杂,应用多个模型进行综合比较,可以尽可能地减少模型所导致的误差。     

气候变化对我国7种植物潜在分布的影响

利用CART(分类和回归树)模型及A2和B2气候情景,模拟分析气候变化对瘿椒树、岩高兰、延龄草、星叶草、天麻、蝟实和秃杉分布范围及空间格局影响.结果显示:气候变化下,就目前适宜分布范围,瘿椒树呈增加趋势,其它植物呈缩小趋势;就新适宜及总适宜分布范围,蔚实、延龄草和瘿椒树呈增加趋势,星叶草和岩高兰呈减小趋势,天麻和秃杉在...     

不同环境类型对华北落叶松分布的潜在影响

植物分布-环境因子之间的关系是生态学、生物地理学研究中一个核心问题。采用最大熵物种分布模型,选取气候、土壤和地形3类环境类型中33个因子,对气候、气候-土壤、气候-地形、气候-土壤-地形4种环境组合对华北落叶松在河北省、山西省和内蒙古自治区的分布预测进行建模和检验。利用ArcGIS空间统计,划分华北落叶松分布适宜区,并制作分布适宜性等级图。结果表明,不同环境类型组合对华北落叶松分布影响的训练集和检验集的AUC值在0.965-0.983之间,均达到极准确的精度水平。在影响华北落叶松分布的主导因子上,气候、气候-土壤两种环境类型组合均为最热月的最高温度、温度的年较差和季节性温度变异,累计贡献率均达到74%以上,而气候-地形、气候-土壤-地形两种环境类型组合中海拔和坡度的影响最大,分别为48.8%和51.8%。在影响华北落叶松适生区（中、高、极高适宜区）面积上,气候、气候-地形两种环境类型组合差异不大,分别为102583km²和100698 km²,而气候-土壤、气候-土壤-地形两种环境类型组合影响下的华北落叶松适生区面积出现显著下降分别为57134 km²和66754 km²。最大熵模型能够很好的预测华北落叶松分布,地形因子能明显改变单一气候因子对华北落叶松分布的预测结果,虽然土壤因子对落叶松分布格局的影响不大,但在适宜性、尤其是中等以上适宜区分布上,其影响作用显著。以上结论可为华北地区的生态修复和落叶松可持续经营提供依据。     

气候变化对黄土高原及邻近地区稀有种枯蝉分布的潜在影响(英文)

【目的】未来数十年的气候变化预计会是造成很多物种生境丧失的一个重要因素。对适应能力相对脆弱的地方性物种,预测气候变化对其生境的影响将对生物多样性保护具有重要意义。【方法】本文基于最大熵模型,对珍稀蝉科中国特有种枯蝉Subpsaltria yangi在当前和未来气候条件下的生境适宜度进行了评估。【结果】结果表明,枯蝉主要局限分布于黄土高原及邻近地区。预计至2050年,即使在温和的气候变化情景下,枯蝉的生境面积也会明显减少。影响枯蝉栖息地分布的关键因素为年平均气温、最冷月的最低气温、最冷季的平均气温和最潮湿月份的降水量。枯蝉现存种群栖息地应当受到保护,甘肃天水和陕西延安地区应作为枯蝉分布的核心区予以保护,以应对气候变化对其生境带来的影响。【结论】本研究获得的枯蝉适宜生境分布图可以为该稀有物种的新种群发现、现生种群分布地土地规划管理以及有效的自然保护区设立提供重要信息。     

中国谷子潜在地理分布的多模型比较

谷子是中国干旱和半干旱区主要的粮食作物之一.它耐旱、耐瘠薄、抗逆性强、适应性广,是未来应对干旱形势的重要战略储备作物.本文基于谷子的157个地理分布点数据,利用中国谷子产量与环境指标的相关性分析,选出10个气候指标、7个土壤指标和3个地形指标,采用MaxEnt、EMFA、RF和GAM共4个物种分布模型,分析中国谷子的潜在适宜性分布.结果表明: 4种模型均可成功模拟谷子的潜在地理分布,其中,MaxEnt模型的模拟效果最好.选用的环境指标中,水热条件对谷子生长最敏感.模型结果结合ArcGIS空间分析模块的结果表明,中国谷子的潜在适宜生长区(最适宜区和适宜区)总面积为55.68×10⁴ km²,远远大于当前谷子的实际种植面积,主要集中在东北地区的东北平原、长白山以南与牡丹江流域,华北地区的淮河以北,华中地区汉江以东与大别山以北,西北地区的黄土高原、鄂尔多斯高原南部、祁连山脉东部、天山山脉东部与阿尔泰山脉,西南地区的重庆以北和贵州西部局地区域.     

人参潜在地理分布以及气候变化对其影响预测

本文以人参为研究对象,基于人参分布点位数据和22个气候环境因子数据,运用BioMod2平台10个物种分布模型对当前我国东北地区人参潜在生境分布进行预测.以受试者工作特征曲线(ROC)为权重集成10个模型的模拟结果,构建组合模型,并基于该模型预测了IPCC 第五次评估报告中RCP 8.5、RCP 6.0、RCP 4.5和RCP 2.6等4种排放情景下21世纪50和70年代人参潜在分布范围.结果表明: 在基准气候条件下,人参适宜生境面积占研究区总面积的10.4%,此类地区主要分布于研究区东北部长白山地区以及小兴安岭东南部区域的森林地带.在未来不同的排放情景下研究区人参的适宜生境变化显著,总体上分布范围将有一定程度的缩小.同时参与建模的10种模型在统计学精度、预测结果以及变量权重上都有差异.模型精度计算结果表明,MAXENT模拟效果最好,GAM、RF和ANN次之,SRE模拟精度最低.本文构建的组合模型在一定程度上提高了现有物种分布模型的预测精度,从而使模拟效果更优.     

不同海拔和坡向马尾松树轮宽度对气候变化的响应

以马尾松树轮样芯为材料,利用树木年代学方法分别建立低海拔(260 m)、中海拔(460 m)、高海拔(690 m)及阳坡(270 m)、阴坡(265 m)处马尾松标准及差值年表,将树轮宽度指数与气候因子进行相关及冗余分析,并建立马尾松径向生长量与气候要素的最优多元回归模型,分析福建将乐地区树木径向生长特征及其与气候的关系随海拔及坡向的变化规律.结果表明:该区域马尾松径向生长在海拔梯度上主要受降水量影响,在坡向水平主要受温度影响;120个气候变量中,上年12月降水量及当年2月极端最低气温分别在海拔及坡向处与马尾松径向生长呈显著负相关.该研究定量描述气候变化对亚热带地区马尾松径向生长的影响,为气候变暖背景下将乐地区马尾松林的栽植及管理提供科学依据.     

Impacts of climate change on the global potential distribution of two notorious invasive crayfishes

1. Invasive alien species and climate change are two of the most serious global environmental threats. In particular, it is of great interest to understand how changing climates could impact the distribution of invaders that pose serious threats to ecosystems and human activities.
2. In this study, we developed ensemble species distribution models for predicting the current and future global distribution of the signal crayfish Pacifastacus leniusculus and the red swamp crayfish Procambarus clarkii, two of the most highly problematic invaders of freshwater ecosystems worldwide. We collected occurrence records of the species, from native and alien established ranges worldwide. These records in combination with averaged observations of current climatic conditions were used to calibrate a set of 10 distinct correlative models for estimating the climatic niche of each species. We next projected the estimated niches into the geographical space for the current climate conditions and for the 2050s and 2070s under representative concentration pathway 2.6 and 8.5 scenarios.
3. Our species distribution models had high predictive abilities and suggest that annual mean temperature is the main driver of the distribution of both species. Model predictions indicated that the two crayfish species have not fully occupied their suitable climates and will respond differently to future climate scenarios in different geographic regions. Suitable climate for P. leniusculus was predicted to shift poleward and to increase in extent in North America and Europe but decrease in Asia. Regions with suitable climate for P. clarkii are predicted to widen in Europe but contract in North America and Asia.
4. This study highlights that invasive species with different thermal preference are likely to respond differently to future climate changes. Our results provide important information for policy makers to design and implement anticipated measures for the prevention and control of these two problematic species.

     

The future of terrestrial mammals in the Mediterranean basin under climate change

The Mediterranean basin is considered a hotspot of biological diversity with a long history of modification of natural ecosystems by human activities, and is one of the regions that will face extensive changes in climate. For 181 terrestrial mammals (68% of all Mediterranean mammals), we used an ensemble forecasting approach to model the future (approx. 2100) potential distribution under climate change considering five climate change model outputs for two climate scenarios. Overall, a substantial number of Mediterranean mammals will be severely threatened by future climate change, particularly endemic species. Moreover, we found important changes in potential species richness owing to climate change, with some areas (e.g. montane region in central Italy) gaining species, while most of the region will be losing species (mainly Spain and North Africa). Existing protected areas (PAs) will probably be strongly influenced by climate change, with most PAs in Africa, the Middle East and Spain losing a substantial number of species, and those PAs gaining species (e.g. central Italy and southern France) will experience a substantial shift in species composition.     

Improving species distribution models for climate change studies: variable selection and scale

Statistical species distribution models (SDMs) are widely used to predict the potential changes in species distributions under climate change scenarios. We suggest that we need to revisit the conceptual framework and ecological assumptions on which the relationship between species distributions and environment is based. We present a simple conceptual framework to examine the selection of environmental predictors and data resolution scales. These vary widely in recent papers, with light inconsistently included in the models. Focusing on light as a necessary component of plant SDMs, we briefly review its dependence on aspect and slope and existing knowledge of its influence on plant distribution. Differences in light regimes between north‐ and south‐facing aspects in temperate latitudes can produce differences in temperature equivalent to moves 200 km polewards. Local topography may create refugia that are not recognized in many climate change SDMs using coarse‐scale data. We argue that current assumptions about the selection of predictors and data resolution need further testing. Application of these ideas can clarify many issues of scale, extent and choice of predictors, and potentially improve the use of SDMs for climate change modelling of biodiversity.